С помощью серии «молекулярных портеров», выполненных на ускорителе элементарных частиц, исследователи смогли расшифровать молекулярный механизм переноса мРНК из ядра в цитоплазму.

Молекулярные биологи из Калифорнийского университета в Беркли выяснили, как матричная РНК попадает из ядра в клеточную цитоплазму. Для того чтобы представить суть их работы, нужно вспомнить, чем занимаются гены в клетке.

У всех живых организмов реализация генетической информации проходит, грубо говоря, два больших этапа.

Первый — это синтез молекулы-переносчика — матричной, или информационной, РНК. Она представляет собой копию участка ДНК, соответствующую одному белку-полипептиду.

Второй этап — синтез полипептидной молекулы на матричной РНК, собственно «перевод» генетического кода в белок. У всех эукариот, от амёбы до человека, эти два процесса оказываются разделены в пространстве и времени: синтез РНК происходит в ядре клетки, синтез белка — в цитоплазме. И механизм переноса РНК из ядра в цитоплазму в таком случае является важным рычагом воздействия на процессы жизнедеятельности всего организма.

Рис. 1. Групповой портрет участников события: Dbp5 (синий и зелёный), Gle1 (жёлтый) и инозитол-гексафосфат (цветные шарики) между ними (иллюстрация авторов исследования).

И этот механизм уже долгое время интригует исследователей по всему миру.

Американские исследователи предприняли следующее. Они изучали белок Dbp5, который присутствует в ядерных порах клеток грибов, растений и животных. В общих чертах, он особым образом сворачивает молекулу РНК, чтобы сделать её пригодной для передачи из ядра в цитоплазму. Dbp5 относится к гигантскому семейству белков, которые занимаются изменением пространственной структуры РНК для разных клеточных нужд, используя для этого энергию АТФ.

Эти белки необычайно консервативны и, опять же в общих чертах, сходны между собой что у бактерий, что у высших животных, поэтому выяснение деталей работы одного из них поможет понять функционирование прочих членов семейства.

Для проникновения в механику Dbp5 исследователи использовали синхротрон, получив с его помощью набор рентгеноструктурных фотографий этого белка (с разрешением от 1 до 4 Å) на разных этапах его работы. В качестве объекта был выбран Dbp5 из дрожжей.

У Dbp5 в клетке есть постоянный помощник — другой белок, Gle1. Он-то и определяет, когда Dbp5 пора связывать РНК и что-то с ней делать, а когда нужно отпускать её на волю. Когда Gle1 связывается с Dbp5, последний «развязывается» с РНК; когда «напарник» отпускает Dbp5, белок может снова связать РНК. Исследователям удалось выяснить роль крохотной молекулы под названием инозитол-гексафосфат, которая тоже участвует в транспорте РНК. Инозитол-гексафосфат взаимодействует сразу с обоими белками-«напарниками» и служит чем-то вроде «молекулярного клея». Его функция — удерживать два белка в сведённом состоянии так долго, чтобы Gle1 успел оказать действие на Dbp5.

По словам Бена Монпети, одного из авторов исследования, это один из тех случаев, когда маленькая молекула может вершить «великие дела». Тот, кто управляет этой молекулой, может управлять процессом биосинтеза белка. Открытие способно прояснить механизм некоторых довольно редких, но крайне тяжёлых генетических расстройств, таких как LCCS (синдром врождённой контрактуры). Заболевание характеризуется ненормальным развитием скелетных мышц, что приводит к полному параличу плода и его непременной последующей смерти на шестом месяце беременности. Подобные недуги связаны с мутацией в генах, отвечающих за продукцию Gle1 и инозитол-гексафосфата. Знание механизма работы названных молекул позволит найти методы борьбы с этими тяжёлыми генетическими расстройствами.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Ben Montpetit, Nathan D. Thomsen, Kara J. Helmke, Markus A. Seeliger, James M. Berger & Karsten Weis A conserved mechanism of DEAD-box ATPase activation by nucleoporins and InsP6 in mRNA export. – Nature. – 2011. – doi:10.1038/nature09862.